DE1171541B

DE1171541B - Geiger counter

Info

Publication number: DE1171541B
Application number: DEM42380A
Authority: DE
Inventors: Raymond Morgan
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1959-08-07
Filing date: 1959-08-07
Publication date: 1964-06-04

Description

Geigerzähler Die Erfindung bezieht sich auf einen Geigerzähler, wie er für die Ermittlung und Messung von Strahlungen und Teilchenemissionen benutzt wird, z. B. als Geiger-Müller-Rohr. Derartige Rohre besitzen im allgemeinen zwei Metallelektroden, wobei üb- licherweise eine zylindrische Metallkathode eine Drahtanode umgibt.Geiger counter The invention relates to a Geiger counter as it is used for the determination and measurement of radiation and particle emissions, e.g. B. as a Geiger-Müller tube. Such tubes generally have two metal electrodes, wherein a cylindrical metal cathode SHORT- a usual wire anode surrounds.

Häufig wird in gasgefüllten Rohren durch einen Wechsel im Gasdruck der Betrieb nachteilig beeinflußt, oder die Betriebscharakteristik wird verändert, was besonders schädlich für die Leistung von Geigerzählern ist, wenn eine Änderung in der Menge des vorhandenen aktiven Lösehmittels eintritt. Normalerweise enthält ein halogengefüllter selbstlöschender Geigerzähler ein oder mehrere inerte Gase, z. B. Edelgase, und ein Halogengas unter etwas vermindertem Druck. Wenn sich der Partialdruck eines dieser Gase merklich ändert, kann sich auch die Charakteristik des Zählers ändern. Die benutzten Halogengase sind solchen Druckschwankungen besonders ausgesetzt und haben schon zu vielen Problemen geführt.Often in gas-filled pipes there is a change in gas pressure adversely affects the operation, or the operating characteristics are changed, which is particularly detrimental to Geiger counter performance when a change occurs occurs in the amount of active solvent present. Usually contains a halogen-filled self-extinguishing Geiger counter one or more inert gases, z. B. noble gases, and a halogen gas under slightly reduced pressure. If the Partial pressure of one of these gases changes noticeably, the characteristic can also change of the counter. The halogen gases used are particular to such pressure fluctuations exposed and have already led to many problems.

Eine Untersuchung hat ergeben, daß Änderungen im Halogenpartialdruck durch Gasabsorption bedingt sind, die die Form einer Adsorption oder einer chemischen Umsetzung mit den Rohrbestandteilen annehmen kann. Um die Stabilität aufrechtzuerhalten, muß ein Gleichgewichtszustand zwischen den Gasen und den festen Stoffen bestehen, mit denen die ersteren innerhalb des Rohres in Berührung kommen. Um dieser Tatsache gerecht zu werden, wird üblicherweise beim Füllen ein Halogenzähler 24 Stunden in Gegenwart des reinen Halogens stehengelassen, bevor man ihn fertig füllt. Wenn zumindest theoretisch Gleichgewichtsbedingungen eingestellt und aufrechterhalten werden können, läßt sich die Lebensdauer eines Zählers als praktisch unbegrenzt ansehen, weil ein Zähler keine geheizte Kathode und kein sonstiges zersetzbares Element aufweist.Research has shown that changes in halogen partial pressure due to gas absorption, which take the form of an adsorption or a chemical Implementation with the pipe components can assume. To maintain stability, there must be a state of equilibrium between the gases and the solid matter, with which the former come into contact within the tube. To this fact to meet, a halogen meter is usually filled in 24 hours a day Presence of the pure halogen left before it is finished filling. If at least theoretical equilibrium conditions can be set and maintained, the service life of a meter can be regarded as practically unlimited because a Meter does not have a heated cathode or any other decomposable element.

Bei Rohren anderer Art, nämlich stromführenden Vakuumelektrodenrohren, wie Gleichrichterröhren, ist es bekannt, z. B. Tantalelektroden mit einem Titanoxyd enthaltenden Oxydgemisch zu überziehen, um Sekundäremissionen zu vermeiden. Außerdem soll der Oxydüberzug den Sintervorgang unterstützen. Derartige Röhren führen Ströme, die um mehrere Zehnerpotenzen größer sind als diejenigen in einem Geigerzähler.In the case of pipes of another type, namely current-carrying vacuum electrode pipes, like rectifier tubes, it is known e.g. B. Tantalum electrodes with a titanium oxide containing oxide mixture to coat in order to avoid secondary emissions. aside from that the oxide coating should support the sintering process. Such tubes carry currents which are several powers of ten larger than those in a Geiger counter.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Änderung der Arbeitscharakteristik im Verlauf der Benutzung eines an sich noch lange Zeit brauchbaren Geigerzählers auf einer Korrosionseinwirkung des Halogengases auf die Elektroden, insbesondere die Kathode, beruht. Die Schädlichkeit einer Halogenkorrosion auf normale Metallelektrodenteile bei Geigerzählern ist an sich bekannt, weshalb man durch Polieren und Oxydieren der stromführenden Teile die halogenabsorbierenden Oberflächen auf ein Minimum reduziert hat. Gleichzeitig wurde beschrieben, zur Schaffung einer brauchbaren Kathodenoberfläche die Innenseite der nichtleitenden, z. B. aus Glas bestehenden Hülle mit elektrisch leitfähigem Material dadurch zu versehen, daß diese Oberfläche mit einem Metallhalogenid behandelt wird. Praktisch kommt hierfür Zinnchlorid in Betracht, das mit Alkohol auf die erhitzte Innenwand des Glas- oder Keramikrohres aufgesprüht wird. Da kein üblicher grauer Anflug von elementarem Metall zu erkennen ist, wird vermutet, daß es sich um ein Oxyd oder vielmehr um eine Kombination des Metalls mit den Bestandteilen der Glasoberfläche handelt. In der Veröffentlichung wird zwar auch ein Ersatz des Zinnchlorids durch Halogenide anderer Metalle, darunter von Titan erwähnt, aber Titanchlorid zersetzt sich sofort mit der Luftfeuchtigkeit und kann deshalb nicht an Stelle von Zinnchlorid verwendet werden, um einen elektrisch leitfähigen überzug zu ergeben. Bei diesem bekannten Zählrohr besteht auch nicht die Aufgabe, eine metallische Elektrode, insbesondere Kathode, durch einen undurchlässigen überzug gegen Halogengas zu schützen, weil die den überzug tragende Unterlage aus Glas oder Keramik nicht korrosionsempfindlich ist.The invention is based on the knowledge that the change in the working characteristics in the course of using a Geiger counter that can still be used for a long time on a corrosive action of the halogen gas on the electrodes, in particular the cathode, is based. The harmfulness of halogen corrosion on normal metal electrode parts with Geiger counters it is well known why polishing and oxidizing are used of the live parts, the halogen-absorbing surfaces are reduced to a minimum Has. At the same time it was described to create a usable cathode surface the inside of the non-conductive, e.g. B. made of glass shell with electrical to provide conductive material in that this surface with a metal halide is treated. In practice, tin chloride comes into consideration for this, that with alcohol is sprayed onto the heated inner wall of the glass or ceramic tube. Since no normal gray tinge of elemental metal can be seen, it is assumed that it is an oxide, or rather a combination of the metal and the constituents the glass surface. A replacement for the Tin chloride by halides of other metals, including titanium mentioned, but Titanium chloride decomposes immediately with the humidity and therefore cannot Used in place of tin chloride to create an electrically conductive coating to surrender. In this known counter tube, there is also no task to provide a metallic Electrode, especially cathode, with an impermeable coating against halogen gas to protect, because the glass or ceramic base carrying the coating is not is sensitive to corrosion.

Im Gegensatz hierzu geht die Erfindung von einem Geigerzähler aus, dessen Hülle eine Gasfüllung aus einem Edelgas und einem Halogengas sowie ein Paar metallischer Elektroden einschließt, und sie löst die Aufgabe, diese metallischen Elektroden gegen chemische Reaktion mit dem Halogengas durch einen überzug aus einem Metalloxyd zu schützen. An sich bekannte Chromoxydschichten haben sich hierfür als nicht ausreichend erwiesen, weil Chromoxyd in begrenztem Maß ebenfalls mit Halogen reagiert. Zwar wird bei Verwendung von Chromoxyd der Verlust an Löschgas verlangsamt, aber im Verhältnis zu der normalen Gebrauchsdauer eines Geigerzählers ist dieser Verbrauch doch noch so rasch, daß die Charakteristik sich ändert und insbesondere bei Verwendung von mehreren Geigerzählern der gleichen Fertigungsserie zu verschiedener Zeit und an verschiedenen Plätzen keine zuverlässig vergleichbaren Meßresultate erhalten werden.In contrast to this, the invention is based on a Geiger counter, its shell is a gas filling made of a noble gas and a halogen gas and a pair more metallic Includes electrodes, and it solves the task of these metallic electrodes against chemical reaction with the halogen gas through a coating of a metal oxide to protect. Chromium oxide layers known per se have proven to be insufficient for this proven because chromium oxide also reacts to a limited extent with halogen. Though If chromium oxide is used, the loss of extinguishing gas is slowed down, but in proportion This consumption is still in addition to the normal service life of a Geiger counter so quickly that the characteristics change, especially when using several Geiger counters of the same production series at different times and on different places no reliably comparable measurement results can be obtained.

Diese Mängel werden dadurch beseitigt, daß bei einem Geigerzähler mit Gasfüllung aus Edelgas und einem Halogengas und mit einem Paar inetallischer Elektroden, von denen mindestens eine Elektrode zum Schutz gegen chemische Reaktion mit dem Halogengas einen überzug aus einem Metalloxyd aufweist, erfindungsgemäß, dieser überzug aus einer gegen Gas undurchlässigen Titandioxydschicht beaeht.These shortcomings are eliminated in that a Geiger counter with a gas filling of noble gas and a halogen gas and with a pair of metallic Electrodes, at least one of which is an electrode for protection against chemical reaction has a coating of a metal oxide with the halogen gas, according to the invention, this coating consists of a gas-impermeable titanium dioxide layer.

Es hat sich gezeigt, daß ein gemäß der Erfindung ausgebildeter Geigerzähler wesentlich beständigere Charakteristik besitzt, so daß er nach einmaliger Eichung seine Kalibrierung über lange Zeiträume behält, um zuverlässige und vergleichbare Strahlungsinformationen. aus, geographisch weit voneinander entfernten Orten erlangen zu können.It has been shown that a Geiger counter designed according to the invention has much more stable characteristics, so that after a one-time calibration maintains its calibration over long periods of time to be reliable and comparable Radiation information. from geographically distant places to be able to.

Bei der bevorzugten Ausführungsforin werden beide Elektroden mit Titandioxyden überzogen, und ferner bildet die Kathode einen Teil der Umhüllung. Grundsätzlich ist die Erfindung auf Geigerzähler an sich bekannter Gestalt anwendbar. Zum besseren Verständnis sei die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform erläutert.In the preferred embodiment, both electrodes are made with titanium dioxide coated, and furthermore the cathode forms part of the cladding. Basically the invention is applicable to Geiger counters of known shape. For the better Understanding is explained the embodiment shown in the drawing.

Fig. 1 ist ein Axialschnitt durch eine Röhre gemäß der Erfindung; F i g. 2 ist ein Schnitt nach Linie 2-2 der F i g. 1. Das dargestellte Rohr ist ein Geigerzähler, der eine Anode 10 in Form eines Stabes von kleinem Durchmesser und damit verhältnismäßig kleiner Oberflächengröße im Vergleich zur Kathode 11 besitzt, die als Teil der Wand der Vakuumhülle ausgebildet ist, so daß nur ihre Innenfläche innerhalb der Umhüllung liegt. Die Umhüllung wird durch Endabschlüsse 12 und 13 aus Glas an den Hüllenenden vervollständigt, die an die Kathode mittels üblicher Glas-Metall-Einschmelzungen abgedichtet sind. Die Anode 10 geht durch die beiden Endabschlüsse. Sie kann jedoch auch nur durch einen von ihnen ragen.Fig. 1 is an axial section through a tube according to the invention; F i g. 2 is a section along line 2-2 of FIG . 1. The tube shown is a Geiger counter which has an anode 10 in the form of a rod of small diameter and thus relatively small surface area compared to the cathode 11 , which is formed as part of the wall of the vacuum envelope, so that only its inner surface within the envelope lies. The envelope is completed by end seals 12 and 13 made of glass at the envelope ends, which are sealed to the cathode by means of conventional glass-to-metal seals. The anode 10 goes through the two end terminations. However, it can also protrude through just one of them.

Innerhalb der Umhüllung befindet sich eine Füllung aus, Edelgas, wie Argon oder Neon, und Halogengas, wie Chlor oder Brom, als Lösehmittel. Jedes Halogengas hat das Bestreben, sich physikalisch oder chemisch mit dem Elektrodenmetall und bis zu gewissem Grad auch mit Glasflächen in irgendeiner Weise umzusetzen.Inside the envelope there is a filling made of noble gas, such as Argon or neon, and halogen gas, such as chlorine or bromine, as solvents. Any halogen gas endeavors to get physically or chemically with the electrode metal and to a certain extent also to be implemented with glass surfaces in some way.

Gemäß der Erfindung ist mindestens eine der Elektroden 10 oder 11, vorzugsweise aber sind beide mit Titandioxyd überzogen. Da jedoch die Kathode 11 eine weit größere Oberfläche als die Anode besitzt, ist es wichtig, daß vor allem ihr Flächenbereich innerhalb der Umhüllung mit einem Titandioxydüberzug 15 versehen ist. Ein ähnlicher Oberzug 16 auf der Anode ist auch zweckmäßig. Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung können die Elektroden selbst aus Titanmetall bestehen.According to the invention, at least one of the electrodes is 10 or 11, but preferably both are coated with titanium dioxide. However, since the cathode 11 has a much larger surface area than the anode, it is important that above all its surface area within the casing is provided with a titanium dioxide coating 15. A similar cover 16 on the anode is also useful. In preferred embodiments of the invention, the electrodes themselves can be made of titanium metal.

Das für die Umhüllung verwendete Glas kann irgendein gewöhnliches Glas sein. Das jeweils benutzte Glas wird aber vorzugsweise experimentell durch radioaktive Spurentechnik oder durch sonstige bewährte Methoden für beste Ergebnisse ausgewählt, so daß die Hülle kein Bestreben zeigt, die sonst eingestellten Gleichgewichtsbedingungen wieder aufzuheben. Geschmolzener Quarz hat sich als sehr gut erwiesen. Durch Versuch wurde gefunden, daß die Elektroden, wenn sie mit Titandioxyd überzogen sind, undurchlässig für den Angriff durch die Halogengase werden.The glass used for the clad can be any ordinary one Be glass. The glass used in each case, however, is preferably carried out experimentally radioactive trace technology or other proven methods for best results selected so that the shell shows no tendency to the otherwise set equilibrium conditions to pick up again. Fused quartz has been shown to be very good. By trial it has been found that the electrodes, when coated with titanium dioxide, are impermeable to be attacked by the halogen gases.

Das Aufbringungsverfahren für das Oxyd kann von Fall zu Fall verschieden sein, aber ein befriedigendes Mittel besteht darin, daß man die Elektrode zuerst chemisch reinigt, sie auf elektrolytischem oder mechanischem Wege poliert und durch Heizung auf hohe Temperatur im Vakuum entgast. Die Elektrode kann dann unmittelbar in einer oxydierenden Atmosphäre durch Erhitzen oxydiert werden, wenn die Elektroden aus Titan bestehen. Wenn andererseits die Elektrode nicht aus Titan besteht, wird Titandioxyd in einem geeigneten Bindemittel in solcher Weise aufgebracht, daß die Oxyde oberflächlich geschmolzen werden und das flüchtige Bindemittel während eines Brennvorganges dispergiert wird. Eine Prüfung der durch direkte Erhitzung gebildeten Oxyde hat ergeben, daß drei Oxyde vorliegen: Rutil, Anatas und Brookit. Die Rutilmenge ist normalerweise sehr viel größer als die der anderen vorliegenden Oxyde, und die Brookitmenge ist anscheinend äußerst gering. Die genaue Art der vorliegenden Oxyde erscheint jedoch nicht wesentlich.The method of applying the oxide may vary from case to case but one satisfactory remedy is to get the electrode first chemically cleans them, electrolytically or mechanically polishes them and thoroughly Degassed heating to high temperature in vacuum. The electrode can then immediately be oxidized by heating in an oxidizing atmosphere when the electrodes consist of titanium. On the other hand, if the electrode is not made of titanium, then Titanium dioxide in a suitable binder applied in such a way that the Oxides are melted on the surface and the volatile binder during a Firing process is dispersed. A test of those formed by direct heating Oxyde has shown that there are three oxides: rutile, anatase and brookite. The amount of rutile is usually much larger than that of the other oxides present, and the The amount of brookite is apparently extremely small. The exact nature of the oxides present however, does not appear essential.

Claims

Claims: 1. Geiger counter, the casing of which includes a gas filling made of a noble gas and a halogen gas as well as a pair of metallic electrodes, of which at least one electrode has a coating of a metal oxide to protect against chemical reaction with the halogen gas, characterized in that this coating consists of a titanium dioxide layer impermeable to gas.

2. Geiger counter according to claim 1, characterized in that both electrodes are coated with titanium dioxides. 3. Geiger counter according to claim 1, characterized in that the cathode forms part of the envelope. 4. Geiger counter according to claim 3, characterized in that the cathode is a piece of pipe which at least partially surrounds the anode and is fused to glass envelope parts at both ends. 5. Geiger counter according to claim 4, characterized in that the cathode is coated on its inner surface with titanium dioxide. 6. Geiger counter according to claim 5, characterized in that both electrodes are coated with titanium dioxides. 7. Geiger counter according to claim 3, characterized in that the cathode consists of a piece of pipe which surrounds at least part of the anode and is fused at one end to a glass shell part through which the anode protrudes, while the other end is provided with a thin window is that the particle lets through t 'Creringer energy. 8. Geiger counter according to claim 1, characterized in that a large part of the titanium oxide consists of rutile. 9. Geiger counter according to claim 1, characterized in that at least one electrode which has a titanium dioxide coating is composed of rutile. Documents considered: German Patent No. 720 305; German Auslegeschrift No. 1 010 655; British Patent No. 614,105 ; . USA. Patent Nos 2,523,287, 2,590,108, 2,612,615, 2,668,254, 2,714,680; "Nucleonics", Vol. 17, 1959, No. 6, p. 91.